（机械设计及理论专业论文）提花织物纹板cam系统的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 摘要 c a m ( 计算机辅助制造) 技术是一个推动各行业技术进步并反映一个国家 工业水平的标志性技术。纺织行业是我国国民经济的支柱产业之一，提花作为纺 织行业的主要分支之一，对其自动化生产技术的研究有着重要的意义。本文针对 我国现有的广泛使用的提花织物纹板c a m 系统存在的亟待解决的问题进行了分 析研究，提出了新的提花织物纹板c a m 系统的解决方案。 第一章介绍了提花技术的发展历程，概述了国内提花技术的发展和现状，然 后分析了现有的提花织物纹板c a m 系统存在的问题，在此基础上提出了本文的 研究内容。 第二章介绍了提花纹织工艺的基础知识以及纹织c a d 系统和纹板c a m 系 统的发展概况，并对提花织物纹板c a m 系统进行了设计要求分析，提出了提花 织物纹板c a m 系统的总体方案。 第三章首先分析了提花织物纹板c a m 系统控制软件模块基于的操作系统和 控制软件模块开发工具的选择问题，然后介绍了系统控制软件模块的界面和主要 功能，最后着重阐述了系统控制软件核心模块一图形输出模块和数据传输模块 的具体程序实现过程。 第四章首先分析了提花织物纹板c a m 系统硬件控制模块的功能需求，在此 基础上提出了硬件控制模块的原理设计方案，之后详细阐述了各子模块的实现方 法及其周边电路，最后提出了系统硬件模块的整体设计方案并讨论了提高系统硬 件控制模块可靠性的措施。 第五章首先分析比较了提花织物纹板c a m 系统信号检测模块的两种不同传 感器的实现方案，然后在此基础上选择确立了信号检测模块的最终解决方案，最 后详细阐述了整个提花织物纹板c a m 系统的调试过程。 第六章总结了本文的研究成果，并对提花织物纹板c a m 系统研究的进一步 工作进行了展望。 关键词：提花纹板c a m 系统控制软件模块硬件控制模块信号检测模块 浙江大学硕士学位论文 a b s t l 己t c t a b s t r a c t c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r e ) i st h el a n d m a r kt e c h n o l o g yw h i c h p r o m o t e st h et e c h n o l o g yp r o g r e s so fe a c hi n d u s t r ya n di n d i c a t e st h ei n d u s t r yl e v e lo f ac o u n t i y t h et e x t i l ei n d u s t r yi so n eo fp i l l a ri n d u s t r i e si nt h en a t i o n a le c o n o m y j a c q u a r di so n eo f t h ep r i n c i p a lb r a n c h e so f t h et e x t i l ei n d u s t r y s ot h er e s e a r c ho f i t s a u t o m a t e dp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yi sv e r yi m p o r t a n t t h i sp a p e rr e s e a r c h e s0 nt h e p a t t e r nc a r dc a ms y s t e mw h i c h i sw i d e l yu s e di nc h i n a , a n a l y z e st h ep r o b l e m so f t h e s y s t e mw h i c hn e e dt ob es o l v e dq u i c k l ya n dp r o v i d e st h es o l u t i o no fan e wp a t t e r n c a r dc a m s y s t e m c h a p t e ro n e , f i r s t l y , i n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fj a c q u a r dt e c h n o l o g ya n d s u m m a r i z e st h ed e v e l o p m e n ta n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no f j a c q u a r dt e c h n o l o g yi no u r c o u n t r y , t h e na n a l y z e st h ep r o b l e m so ft h ec u r r e n tp a t t e r nc a r dc a ms y s t e m ，l a s t l y , p r e s e n t st h er e s e a r c hw o r ko f t h i sp r o j e c t c h a p t e rt w o ，f i r s t l y , i n t r o d u c e st h ef o u n d a t i o nk n o w l e d g eo f j a c q u a r dt e c h n i q u e s a n dt h ej a c q u a r dc a d s y s t e mw h i c hi sa l w a y sa s s o c i a t e dw i t ht h ep a t t e r nc a r dc a m s y s t e m ，t h e n , i n t r o d u c e st h eg e n e r a la s p e c to ft h ep a t t e r nc a r dc a m s y s t e m ，t h e n a n a l y z e st h ed e s i g nr e q u i r e m e n to ft h ep a t t e mc a r dc a ms y s t e ma n dp r e s e n t st h e o v e r a l ld e s i g no f t h e p a t t e r nc a r dc a ms y s t e m c h a p t e rt h r e e ，f i r s t l y , a n a l y z e st h es e l e c t i o no fo p e r a t i o ns y s t e mw h i c ht h e c o n t r o ls o f t w a r em o d u l e o ft h e p a t t e r nc a r dc a ms y s t e mb a s e so na n dt h e d e v e l o p m e n tt o o lo ft h ec o n t r o ls o f t w a r em o d u l eo ft h ep a t t e r nc a r dc a ms y s t e m ， t h e n , i n t r o d u c e st h ei n t e r f a c ea n dt h ep r i n c i p a lf u n c t i o n so ft h ec o n t r o ls o f t w a r e m o d u l e , l a s t l y , e l a b o r a t e st h ep r o g r a mi m p l e m e n t a t i o no ft w oc o r em o d u l e s ，g r a p h i c o u t p u tm o d u l ea n dd a t at r a n s m i s s i o nm o d u l e ，o ft h es o f b v a r em o d u l eo ft h ep a t t e r n c a r dc a m s y s t e m c h a p t e rf o u r , f i r s t l y , a n a l y z e st h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t so ft h eh a r d w a r ec o n t r o l m o d u l eo ft h ep a t t e r nc a r dc a m s y s t e ma n dp r e s e n t st h ep r i n c i p l ed e s i g no ft h e h a r d w a r ec o n t r o lm o d u l e ，t h e n ，e l a b o r a t e st h ei m p l e m e n t a t i o no f e a c hs u bm o d u l ea n d u 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep e r i p h e r a lc i r c u i t s ，l a s t l y , p r e s e n t st h eo v e r a l ld e s i g no ft h eh a r d w a r ec o n t r o l m o d u l ea n dd i s c u s s e st h em e a s u r e sw h i c hc a ni m p r o v et h er e l i a b i l i t yo ft h eh a r d w a r e c o n t r o lm o d u l e c h a p t e rf i v e ，f i r s t l y , a n a l y z e st h es i g n a ld e t e c t i o nm o d u l eo ft h ep a t t e r nc a r d c a ms y s t e ma n dt w od e s i g n sw h i c hu s et w od i f f e r e n ts e n s o r s ，t h e n , c h o o s e sa n d e s t a b l i s h e st h ef i n a ls o l u t i o n , l a s t l y , i n t r o d u c e st h et e s tp r o c e s so f t h es y s t e m c h a p t e rs i x ，f i r s t l y , s u m m a r i z e st h er e s e a r c hf i n d i n g so f t h i sp a p e r , t h e n , e x p e c t s t h ef u r t h e rr e s e a r c ho f t h ep a t t e mc a r dc a ms y s t e mo f t h e j a c q u a r d k e y w o r d s ：j a c q u a r d , t h ep a t t e r nc a r dc a ms y s t e m ，c o n t r o ls o f t w a r em o d u l e ， h a r d w a r ec o n t r o lm o d u l e , s i g n a ld e t e c t i o nm o d u l e i l l 、独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿蠢堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：套 羲沂 签字日期：沙6 年7 月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堑姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权迸鎏盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：奔承癖 导师签名： 海睾文 签字日期：如6 年穸月多日签字日期：细d 年尹月上日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 浙江大学硕士学位论文 第1 章绪论 【摘要】纺织行业在国民经济中具有无可替代的作用和重要性。本章首先介绍 了全球范围内的提花技术的发展情况，然后概述了国内提花技术的发展和现状， 在此基础上分析了国内现有的提花织物纹板c a m 系统存在的问题，并提出了本 课题的研究内容。 1 1 引言 纺织行业是我国国民经济的传统支柱产业之一，在国民经济中的地位与作用 是无可替代的。在“十五”期间，纺织行业发展业绩进一步证明，在全面建设小 康社会和基本完成中国工业化的最后1 5 年，仍将具有无可替代的作用。 占世界1 5 人口的中国1 3 亿人的衣着消费是全面建设小康社会的大事，而 中国纺织行业在提高人民生活水平、稳定物价、缩小东西部差距等方面发挥着重 要作用。纺织行业是有利于就业的民生行业，2 0 0 4 年工业普查结果，全行业从 业人数1 9 0 0 万人，与纺织有关的三产也是重要的就业领域。同时，纺织行业还 是与“三农”关系极为密切的产业。纺织行业的国际竞争力使农业纤维产业获得 长期、稳定的发展时机，7 3 0 多万吨纤维种植业关系到l 亿农户的生计，纺织行 业的快速发展和提升，对大批农民转为产业工人，众多农村城镇化，促进解决二 元经济，为工业反哺农业承担着重要的历史责任。根据国家统计局投入产出调查， 纺织缝纫业对电力、蒸汽等能源的直接消耗系数在全部1 7 个行业中，除金融保 险业外，消耗系数是最低的。而纺织缝纫业对国民经济的影响力系数，高过全部 1 7 个行业的平均值2 5 。纺织服装国际贸易净出口对国民经济g d p 的贡献突出， 纺织服装业净出口在2 0 0 0 年占g d p 的3 6 3 ，在2 0 0 5 年占g d p 的4 6 8 ，4 年提高1 0 5 个百分点i l l 。 随着“后配额时代”的来临，纺织行业既面临良好的发展机遇，也要应对挑 战。一方面全球经济继续回暖和我国国民经济稳定增长，会不断扩大国际、国内 市场对纺织品服装的需求；但另一方面，棉花价格走势尚不明朗，国际原油价格 受政治因素影响较大，尚不能做出充分判断，而且随着我国纺织品服装在全球市 场份额的扩大，必将引发各种贸易摩擦，这些都会对行业的正常发展造成负面影 浙江大学硕士学位论文 绪论 响1 2 | 。 面对“后配额时代”的机遇和挑战，中国纺织工业的首要任务就是加快技术 进步，实现产业升级，即紧密围绕染整、织造、纺纱、纤维、设计与开发等技术 领域，充分利用国家给予的各项政策，选择一批标志性的技术改造项目，重点扶 持一批大中型优势企业，提高生产集中度，并通过企业自身改制和加强管理，提 高综合竞争能力；与此同时，抓住国家把纺织行业作为推进信息化建设试点的有 利条件，适应经济全球化和运用网络经济发展的需要，加快纺织行业信息化建设 步伐，从而全面推动整个纺织工业的技术进步和产业升级，最终实现由世界纺织 大国向纺织强国转化1 3 1 。 1 2 提花技术的发展概况 提花织物是纺织行业产品的一个重要组成部分，它是利用各种颜色的经纱和 纬纱编织形成的具有图案的织物，而图案主要是由经纱的提升和不提升的不同组 合编织而成的。提花机是织造提花织物的机电一体化设备，它通过控制各种颜色 的经纱的沉浮和梭子的动作实现提花织物的织造。提花技术的发展是一个漫长的 过程，在发展的过程中不断融合了现代机械、电子和信息技术后一步步的走向成 熟。 提花织物的历史非常悠久，在毛织、丝织等行业中均有生产，深受人们的喜 爱和欢迎。提花织造行业同样也是各国历史悠久的传统行业之一，但是在1 9 世 纪前，提花技术的发展却非常缓慢，提花织物基本上都是由人工以手提脚踏的方 式织造而成的，工作很辛苦，而且效率很低，所以提花织物的价格非常高。 据历史记载，在1 6 世纪左右出现了一种最早的叫“拉花机”的提花装置。 这种“拉花机”由两个人一组进行织造，拉花工在织机上方引起必要的经纱，在 下面的织工进行织机的操作。依靠两个人的互相配合，织出提花织物。后来，为 了降低劳动力成本，有人考虑用某种机械设备代替拉花机。在1 9 世纪初，法国 人约瑟夫贾卡制造了首台可控制的提花机，采用可更换的打孔纹板储存提花信 息，来控制经丝的提升。这被看成是纹板提花技术的萌芽，为近代纹板提花织造 的发展提供了一个雏形。1 9 世纪末，在此基础上，另一位法国人韦多尔改进了 读取装置，采用了较轻薄的纸板，节省了设计空间。这种精巧的纸板直到今天仍 2 浙江大学硕士学位论文 然能在传统的纹板提花机上看到。在随后的一个多世纪中，这种机械式提花机被 广泛采用，在提花织造行业占据了主导地位。它使用穿孔的纹板，再将冲孔纹扳 通过花筒横针的机械往复运动控制花筒竖针的升降，织造出图案来【4 1 。 在计算机控制技术没有采用以前，纹板的制作都是通过脚踏、手摇机械来完 成的。纹板的手工制作需要耗费大量人力物力，一套纹板少则几百片，多则两三 万片。一个花型的提花纹板，其制作从意匠图的绘制，人工按图冲制纹板到将纹 板一片片连接起来，往往要耗时数月甚至一年以上的时间，而且要专门技术人员 才能胜任1 5 j 。 随着计算机电子技术的迅速发展并广泛应用于工业生产的各个行业，如果能 用计算机来辅助制作纹板，那么能极大的提高生产效率，计算机辅助自动纹板制 作系统( 纹板c a m 系统) 由此而诞生。只需将传统的冲孔机改造，由一台计算 机来控制，纹织c a d 工作站将设计好的意匠图转换成纹板文件，冲孔计算机与 c a d 工作站之间用软盘进行信息传递，只需将纹板数据文件存入计算机，启动 冲孔程序即可控制冲孔机自动冲出所需纹板。计算机和自动纹板冲孔机之间的同 步问题由冲孔机上的传感器检测信号来协调【6 】。自动纹板制作系统比人工设计制 作纹板在技术大大前进了一步，缩短了整个生产流程的时间，提高了生产效率， 是一次提花技术的革命。这种纹板c a m 系统被广泛的应用于纺织行业的提花织 物的织造生产中，无论是在大型的纺织企业还是中小型的纺织工厂，都能见到它 们的身影。 1 9 8 3 年，在米兰i t m a 国际纺织业联合会上，英国博纳斯( b o n a s ) 公司推出 了世界上第一台电子提花机，织制速度达到每分钟1 3 0 0 梭。1 9 8 5 年，法国史陶 比尔( s t a u b l i ) 公司研究和开发了新型电子提花机c x 8 6 0 。这又是一次提花技术的 革命。提花织物的生产从纯手工到计算机辅助控制机械提花机，是一次提花技术 的飞跃，而从计算机辅助控制机械提花机发展到今天的电子提花机，则又是一次 飞跃。但是提花技术的发展是一个漫长而曲折的过程，伴随着技术发展的改造过 程也是漫长而曲折的，不能好高骛远的提出不切实际的技术改造目标，而要根据 实际的技术使用情况和自身的科研实力、经费基础提出切实可行的目标和改造计 划。 3 浙江大学硕士学位论文 1 3 国内提花技术的发展和现状 随着我国工业化的进程，纺织行业中逐渐采用机器代替手工进行制作，同时 伴随着计算机技术的发展和引进，国内从很早起就不断有人尝试用计算机控制提 花织物的织造过程。但是由于受到当时有限的计算机和电子技术发展水平，以及 落后的机械工艺技术水平等原因一直没有取得理想的成果。虽然经过了很多人的 努力但仍然停留在水平较低的阶段，和当时的世界先进水平相比有较大的差距。 这些差距主要表现在1 7 j ： 1 缺乏水平较高的用于纹板数据转换和花型图像处理的计算机辅助设计 系统及专业的设计软件； 2 执行机构不够精确，通常采用的是直接的电磁铁机构，能量消耗大，且 由于剩磁等原因容易产生误动作； 3 用于工艺处理的计算机对直接提花机构采取在线控制，电子电路抗干扰 能力差，极大的影响了整个提花系统的稳定性。 进入八十年代后，由于提花生产的客观需要，各地区提花厂家引进了不少计 算机自动纹板制作系统，除了少部分来自西门子的以外，大多均来自香港京华公 司，这些引进的设备分布在北京、天津、苏州、上海、杭州等地，售价均在2 0 万美元以上。浙江大学早在2 0 世纪8 0 年代初就开始了这方面的研究，根据地毯、 印染、提花、装潢、刺绣、墙纸等不同纺织行业的特殊要求，先后研制成功了“装 潢图案创作智能c a d 系统”、“地毯图案c a d 系统”、“智能印花、提花c a d c a m 系统”、“普及型纹织c a d c a m 系统”等软件，在纺织c a d c a m 系统研制过 程中一直处于国内外领先的地位。浙江大学研制的“提花织物意匠和纹板c a m 系统”在1 9 8 8 年底通过了技术鉴定，该系统总体水平超过香港京华公司的纹板 制作系统，至此国内终于有了自主知识产权的计算机自动纹板制作系统，这是国 内提花技术发展的一次重要飞跃【8 j 。 4 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 4 问题的提出和课题的研究内容 1 4 1 问题的提出 不可否认的是，电子提花是当今提花技术的发展趋势。时下国内外在电子提 花技术方面主要的技术路线有两种：一是研究直接提花的电子笼头；二是研究间 接提花的电子花板。直接提花的电子笼头摈弃了传统的由提花花板控制的机械提 花装置，从整体上安排电气控制、电磁选针机构、穿吊及提综装置，其特点是能 适应高速提花织机的要求，但对选针机构以及提综运动装置的材质要求高，加工 技术难度大，成本很高，在企业的技术改造过程中，需要搭配新型高速提花织机， 而不能使用原来大量而广泛应用的传统提花织机，且要重新搭建整个提花系统， 一次性投入的资金量很大，不适合大规模的技术改造。间接提花的电子花板利用 了传统织机机械笼头中基于横针、竖针的提花机构，由花型信息控制电子花板纹 针孔的开闭决定是否推动横针横移，并控制竖针是否由提刀提起，它与直接提花 的电子提花笼头相比，成本降低了，但是同样要对原有的系统进行大量改造，而 且采用电子花板来进行间接提花的方法终究还是一种过渡的提花技术，采用电子 笼头的直接提花技术才是提花技术的真正发展趋势1 9 1 ，世界著名的生产电子提花 机的公司，如英国的博纳斯( b o n a s ) 公司，法国的史陶比尔( s t a u b l i ) 公司，德国的 格罗斯( g r o s s ) 公司，生产的电子提花机主要采用的就是直接提花的电子笼头技 术，所以在企业的技术改造过程中，如果把原有的提花系统大量的改造为采用电 子花板进行间接提花的系统，将来再改造为采用电子笼头的直接提花系统，则犯 了重复投资的错误，浪费了大量的重复投资和重复建设资金。 2 0 0 4 年工业普查结果显示，纺织行业法人企业达1 4 3 万户，其中大量的企 业在使用传统的提花机，尤其是一些纺织行业的老国企和一些较小的私营、民营 企业，在技术改造过程中，让它们一次性投入大量的资金进行大批量的设备更换 是不现实的，而对原有的传统提花设备进行必要的技术改造才是切实可行的办 法。 纵观国内当前使用比较广泛的传统提花设备，可以发现现有的整个提花织物 纹板c a m 系统大致分为三个部分： 1 系统控制软件； 浙江大学硕七学位论文绪论 2 系统硬件控制卡； 3 装有信号检测传感器的纹板冲孔机。 这些传统提花设备的纹板c a m 系统已显的老态龙钟，存在着一系列问题： 1 系统控制软件使用的操作系统是m s d o s 操作系统； d o s ( 磁盘操作系统) 是d i s ko p e r a t i n gs y s t e m 的缩写，描述当启动或重新 引导时是从磁盘设备加载操作系统的通用术语。此术语是为了区分基于磁盘的系 统和早期的基于内存的或只支持磁带或纸带的微机操作系统。m s d o s ( 微软磁 盘操作系统) 是m i c r o s o f td i s ko p e r a t i n gs y s t e m 的缩写，它是一种带有命令行界 顽的单任务、单用户操作系统，于1 9 8 1 年发布，用于i b m 的p c 机及其兼容机。 与其它操作系统一样，m s d o s 监视的操作有磁盘输入和输出、视频支持、键盘 控制以及许多与程序执行和文件维护相关的内部功能。m s d o s 采用层次模块结 构，它由三个模块和一个引导程序b o o t 所组成。这三个模块是：输入输出系 统i b m b i o 、文件管理系统( 亦称磁盘操作系统) i b m d o s 和命令处理程序 c o m m a n d l l 0 1 。 系统控制软件是一个人机交互的图形界面软件，由于m s d o s 下的图形界 面功能比较单一，人机交互的效果在今天看来显的差强人意。更为关键的是 m s d o s 下的这种系统控制软件采用的是键盘输入式的命令操作，操作不够方 便，用户友好度不高。 2 系统硬件控制卡使用的是计算机的i s a 插槽； 1 9 8 4 年，i b m 推出基于1 6 位英特尔8 0 2 8 6 处理器的p c a t 电脑，系统总 线才被1 6 位的p c a t 总线所代替。而这个时候，p c 产业已初具规模，加之i b m 允许第三方厂商开发兼容产品，p c a t 总线规范也被逐渐标准化，并衍生出著名 的i s a 总线( i n d u s t r ys t a n d a r d a r c h i t e c t u r e ，工业标准架构) 。i s a 总线一直贯穿 2 8 6 和3 8 6 s x 时代，在当时，1 6 位x 8 6 系统对总线性能并没有太高的要求，i s a 也没有遭遇任何麻烦。但在3 2 位3 8 6 d x 处理器出现之后，1 6 位宽度的i s a 总 线就遇到问题，总线数据传输慢使得处理器性能也受到严重的制约。有鉴于此， 康柏、惠普、a s t 、爱普生等九家厂商协同将i s a 总线扩展到3 2 位宽度，e i s a ( e x t e n d e di n d u s t r ys t a n d a r da r c h i t e c t u r e ，扩展工业标准架构) 总线由此诞生， 这是发生在1 9 8 8 年的事情。然而，e i s a 并没有重复i s a 的辉煌，它的成本过高， 6 浙江大学硕士学位论文绪论 且速度潜力有限；更为致命的是，在还没有来得及成为正式工业标准的时候，更 先进的p c i 总线就开始出现，e i s a 也就成为了附庸。不过，e i s a 总线并没有因 此快速消失，它在计算机系统中与p c i 总线共存了相当漫长的时光，直到2 0 0 0 年后e i s a 才正式彻底退出，而此时距e i s a 标准的提出已经过去了1 2 年【l 。 i s a 和e i s a 总线早已经被p c i 总线所取代，i s a 插槽在计算机上已经难觅 其踪迹，这使得原系统中的硬件控制卡已经无法搭配现在的计算机使用，它已经 不适应计算机硬件飞速发展的需要，到了被淘汰的边缘。 3 系统中传统纹板冲孔机上加装的信号检测传感器不够稳定。 提花织物纹板c a m 系统中的信号检测传感器的作用是极其重要的，信号检 测传感器传送的信号不够稳定，将导致冲出的纹板多孔，少孔，错误百出，也将 最终导致提花织机上织出的花型有误，这是一个亟待解决的问题。 1 4 2 课题的研究内容 基于以上的分析，本课题的研究内容和所做工作如下： 1 分析了提花技术的发展状况和国内提花技术的现状。 2 分析了现有的提花织物纹板c a m 系统所存在的问题。 3 分析了提花织物纹板c a m 系统的设计要求。 4 提出了提花织物纹板c a m 系统的总体方案。 5 研究了提花织物纹板c a m 系统控制软件模块基于的操作系统和软件模 6 7 8 9 1 0 块开发工具的选择问题。 研究了系统控制软件模块的具体程序实现方法。 研究了系统控制软件核心模块之图形输出模块和数据传输模块的具体 程序实现方式，并编写了整个系统控制软件。 分析了提花织物纹板c a m 系统的硬件控制模块的功能需求。 研究了系统硬件控制模块各功能子模块的实现方法。 提出了系统硬件控制模块整体的解决方案，并设计了系统硬件控制模 块。 分析比较了提花织物纹板c a m 系统信号检测模块的两种不同传感器的 实现方案，确立了系统信号检测模块的最终实现方案。 7 濒江大学硕士学位论文 1 2 对系统的各个子模块进行了调试，并对整个系统进行了调试。 1 3 分析总结了系统调试过程中出现的问题。 8 浙江大学硕士学位论文提花纹织计算机辅助系统 第2 章提花纹织计算机辅助系统 【摘要】本章从提花纹织工艺的基础知识入手，先后介绍了与纹板c a m 系统 密不可分的纹织c a d 系统和纹板c a m 系统，之后对提花织物纹板c a m 系统 进行了设计要求分析，提出了提花织物纹板c a m 系统的总体方案。 2 1 提花纹织工艺基础知识 2 1 1 织物的概念及织物组织 织物大概可分机织物、编( 针) 织物以及非织造布( 无纺织布) 三种。机织 物是由经、纬两系统纱线在织机上按一定的沉浮规律互相交织而成的织物；编 ( 针) 织物是由单独一组纱线编连而成的织物，有经编织物与纬编织物之分；非 织造布是将打散的纤维用粘合法或针刺法予以粘结或缝结而成的织物。提花纹织 物是机织物中的一种，通常是指在提花织机上进行织造的具有一定花纹的织物， 分大提花和小提花( 俗称素织物) 两种，大提花纹织物的基本特点是花纹组织循 环大，必须用大提花机才能织制。织物设计就是根据织物的用途以及流行的趋势， 针对不同对象，不同季节和风俗习惯进行选用原料，制定织造规格及组织设计等 工作。这是一项综合多种知识，把艺术性和技术性高度融为一体的复杂工作【l “。 在织物内经纬线按一定的规律相互浮沉交织，这种相互浮沉交织的规律称为 织物组织。当织物组织发生变化时织物的外观及其内在性质也随之改变。经纬线 交织之处称为组织点。当经纬线在纬线之上时称经组织点或经浮点，当纬线浮在 经线之上时称纬组织或纬浮点。经组织点或纬组织点的排列规律在织物中每重复 一次所需的纱线根数称一个组织循环或一个完全组织。构成一个组织循环的经线 根数称经线循环或完全经线数，构成一个组织循环的纬线根数称纬线循环数或完 全纬线数，织物组织循环愈大，所织成的花纹也愈复杂l l ”。 织物组织可以用图形来表示，这种表示织物组织的图形成为组织图。有意匠 纸表示法( 即方格表示法) 和直线表示法两种。意匠纸表示法比较常用，意匠纸 表示法即把织物组织描绘在印有小方格的意匠纸上。纸上小方格的纵行表示经 9 浙江大学硕士学位论文 提花纹织计算机辅助系统 线，经线的次序为自左到右；横行表示纬线，纬线的次序为自上而下。每根经线 与纬线相交的小方格表示组织点。在方格内绘有符号者表示经线浮于纬线之上， 称经组织点( 经浮点) ，方格内不绘符号者表示纬线浮于经线之上，称纬组织点 ( 纬浮点) 。在描绘组织图时，一般只需画出一个组织循环即可。 一切织物均由一定的织物组织构成，在织物内当织物组织发生变化时，其外 观及其内在性质也随之改变。织物组织种类繁多，大致可分为简单组织和复杂组 织。简单组织，这类组织是由一组经线与一组纬线交织而成。复杂组织，这类组 织是用多组经、纬线交织而成的组织，其结构较为复杂。无论简单织物或复杂织 物，只要设计者熟练应用，灵活掌握，均可用来织成表面素洁的素织物和式样新 颖的小花纹织物，也可用来设计丰富多彩的大花纹织物 1 4 1 。 2 1 2 纹板及冲孔 纹板冲孔又称轧花，是根据意匠图将花、地、边及间丝组织在纹板上进行冲 孔的一道工序。纹板上有无孔眼是提花机纹针提升与否的信息。纹板上有孔表示 纹针提升( 经线提升) ，纹板上无孔表示纹针不提升( 经线不提升) 。每张纹板代 表一根纬线，反映出在该根纬线投入时，经线的提升情况。纹板冲孔是在专门的 冲孔机上进行的。 纹板为具有一定规格的纸板，要求质地坚实，在气候变化时无伸缩性，有时 在纹板表面涂有柿漆等防潮剂。纹板的规格根据提花机花筒的大小而定。生产中 常用的有断续纹板和连续纹板。常用的断续纹板为1 4 8 0 针，纹板长4 1 5 m m ，宽 6 9 m m 。冲纹板前，将整张的纹板纸用铡刀按尺寸铡好，在每张纹板的一段编好 号码，编号的一段为首端，有号的一面为正面，这样每张纹板就有首、尾、表、 背之分，依次排列整齐后放在纹板箱内。冲孔时，按次序排列整齐后放在纹板箱 内。冲孔时，按次序从1 号冲至末号，不能拿错，正面朝上，首端先冲。若每意 匠横格需冲两张以上纹板时，要用不同颜色表示甲乙纬线，编上相同号码，使纹 板在冲孔和编排时不致搞错。使用时用细绳将一张张的纹板通过穿绳孔串联起 来。连续纹板是连在一起的软质纸做的，质量好的在纸面上涂上塑胶，一盘规格 为1 3 4 4 针，因本来就连在一起，使用起来比较方便，一般用于剑杆织机【1 习。 纹板上各个纹孔的位置是否需要冲孔，是根据意匠图上的设色符号来决定 l o 浙江大学硕士学位论文提花纹织计算机辅助系统 的。纹板上的有效纹针的位置，由纹针样卡来确定。确定样卡后，纹板上的纹孔 与意匠图上的组织点将实现一一对应关系。当织物为正织时，对应意匠图上组织 点为纬组织点时不冲孔；为经组织点时冲孔；当织物为反织时，对应纬组织点则 冲孔，经组织点时不冲孔。除特殊情况外，平纹组织的正织和反织冲法相同 。 在制织不同品种的织物时，由于花纹大小、花样多少和经线密度的不同，实 际使用的纹针数就各不相同。另外，还需要棒刀针、梭箱钳+ 等辅助纹针，因品种 不同也各不相同。因此，必须对全部纹针进行合理安排，确定纹针、边针及其他 辅助针的位置，此称纹针样卡，简称样卡。在纹板冲孔前，必须首先设计好样卡， 使每根纹针在各张纹板上有固定的位置，并和装造工作的通丝吊挂相一致【i ”。 对单层纹织物，每一横格冲一块纹板。对重纬纹织物，每一横格需冲纬重数 块纹板，如纬二重每一横格需冲两块纹板。一般可以先冲好甲纬纹板，再冲好乙 纬纹板，按甲乙纬组织重叠的原理，可以将两块纹板重叠起来进行检查。对重经 纹织物，一般采用分造装造，由于意匠纵格数等于一造纹针数，所以要冲完一块 纹板必须在同一横格纵读图多次，双造每一意匠横格需读两次，三造或四造需读 三次或四次，每一造的样卡及冲j l 不同，必须注意。对大小造织物，由于意匠纵 格数等于大造纹针数，因此在冲小造纹板时亦需要重新读图一次，并注意意匠纵 格的比例1 1 5 j 。 2 2 提花织物纹织c a d 系统 2 2 1 提花纹织工艺的发展 传统的纹织工艺的主要的两道工序：意匠图绘制和纹板冲孔，以前都是通过 手工操作来实现的，这使得技术难度高，劳动强度大，生产效率低。 传统纹织工艺的流程如图2 1 所示： 浙江大学硕士学位论文 提花纹织计算机辅助系统 掣一 壶 囱 囱 i 穿带 j 色。l 蜜 试织 j e t 。；。j z 。二一 否一j 图2 i传统纹织工艺流程 绘制意匠图是一个对技术性要求较高的工作，首先要将设计好的纹样放大到 意匠纸上，然后根据装造条件和纹地组织，在花纹面积内覆盖组织点，从而实现 一张意匠图的绘制，用绘制好的意匠图来指导纹板的冲孔【16 1 。 传统的纹织工艺的特点决定了它的流程比较长，工作比较费时问，对操作工 人的技能要求比较高，花样的更新速度很慢，因此不能适应生产发展的需要，特 别是千变万化的外向型经济的发展的需要，更是和国内外市场“批量小、花色多、 质量高、交货快”的需求相去甚远。自上个世纪以来，计算机技术的蓬勃发展， 也带动了计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n ) 和计算机辅助制造( c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r e ) 的迅速发展，这使得纹织工艺的自动化走进了一个崭新的时 代1 1 7 1 。 国外提花纹织c a d c a m 系统的开发起步时间比较早，典型的有英国b o n a s 公司的c a p 系统，德国g r o s s e 公司的j a c 系统。中国香港地区的京华公司的w d s 1 2 由 浙江大学硕士学位论文 提花纹织计算机辅助系统 系统，也是很典型的提花纹织c a d c a m 系统，其中英国b o n a s 公司的c a p 2 和 c a p 3 系统尤其具有代表性，其c a m 系统实现了从试样到纹织工序的全程自动 化，使得整个提花纹织c a d c a m 系统达到了一个较高的水平。国内从上个世 纪7 0 年代就开始研究提花纹织c a d c a m 系统，如原浙江大学校长、中国工程 院院士潘云鹤先生早在上个世纪7 0 年代初就提出了用计算机进行纺织图案设计 的设想，并进行了深入研究，取得了丰硕成果。浙江大学在上个世纪7 0 年代末 就为杭州都锦生丝织厂研制成功了国内第一套黑白像景纹织c a d c a m 系统。 至今，浙江大学已研制成功了光鼓扫描型、c c d 扫描型及连续纹板、电子提花 c a d c a m 系统【1 8 1 。以上这些系统可以分为两大类。 第一类虽然省去了传统的纹板冲孔这一环节，由电脑直接控制电子提花机， 速度快，效率高，但是要把传统的提花织机改为电子提花织机投资大，而且还需 要改善织机的织造环境，在国内的推广还需要一个漫长的过程。 第二类既保留了传统工艺和现有设备，又实现了纹织工艺的自动化，极大的 提高了提花纹织工艺的工作效率。 计算机技术的飞速发展也带动着纹织c a d 技术的飞速发展，纹织c a d 系 统功能变的更强大，适用的范围更加广泛，已经被广泛的应用到纺织行业的多个 领域，发挥着越来越重要的作用。纹织c a d 技术的推广应用，加快了纺织产品 的开发速度，提高了纺织产品的档次，增强了纺织产品的市场竞争力，提高了纺 织行业的经济效益。如今纹织c a d 正发挥着巨大的经济和社会效益，并有不断 增大的趋势【1 1 1 。 2 2 2 纹织c a d 系统的原理 c a d 是一种人和计算机相辅相成的技术，人和计算机相互配合解决同一个 问题，各取所长，使整体的工作效果优于任何一方，为多学科综合性协作应用提 供了可能。纹织c a d 也是如此，发挥人和计算机各自的长处，将人的设计思想 通过计算机来快速高效的实现1 2 2 1 。 纹织c a d 系统一般包括纹样输入，图形编辑修改与工艺处理，输出处理三 大部分。纹样输入借助于图形输入设备，对纹样图案进行光电扫描输入计算机， 并加以分色处理，生成计算机可以识别的颜色代码文件。图形编辑修改与工艺处 浙江大学硕士学位论文 提花纹织计算机辅助系统 理，是指在计算机上设计人员对扫描输入计算机的纹样信息或计算机自动生成的 图案信息进行编辑修改处理，使其达到预定的设计效果，并依照纹织工艺处理生 成工艺文件 2 3 。5 1 。 纹织c a d 的输出方式有很多种，如通过打印机打印输出的意匠图，通过纹 板冲孔机冲制出的纹板等。 纹织c a d 技术的出现是提花纹织技术的一次革命性的飞跃，它拥有传统纹 织工艺无可比拟的优点，它充分利用了计算机高速灵活等特点，集较强的图形创 作、修改与编辑功能于一身，提高了原有的工艺处理与纹板制作速度和准确率， 实现了过去手工操作条件下无法实现的工艺要求0 2 研。 现有的国内自主研发的纹织c a d 系统有以下一些优点： 1 极大的提升了效率，尤其提升了复杂的纹织工艺的效率，极大的减轻了 工作人员的劳动强度 2 提高了花型的质量，降低了纹板的出错率，提高了纹制的质量 3 提高了品种开发和更新速度，增强了企业的市场竞争力和市场应变力。 4 国内自主研发的系统更加适合中国的实际情况，方便设计人员的培训， 且价格比国外同类产品低，同时具有民族知识产权和更强的市场竞争 力。 2 3 提花织物纹板c a m 系统 2 3 1 提花织物纹板c a m 系统概述 c a m 是c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r e 的简称，即计算机辅助制造技术，泛指 应用计算机数控加工技术。如果称c a d 是前工序( 设计) ，那么c a m 就是后工 序( 制作) 。c a d 完成的设计可直接输入c a m 系统，实现联机加工，也可以把 c a d 的设计数据存入磁盘，之后将数据送入加工设备进行加工，实现离线加工 c a m 技术和c a d 技术是密不可分的，c a d c a m 技术又是一个多学科交叉的技 术，它涉及信息技术、自动化技术、管理科学、系统科学、机械科学等诸多领域。 它实施难度较大，但却有重要的应用价值。随着电子技术和信息技术的发展，人 们对c a d c a m 技术的研究将会不断深入，c a d c a m 技术也将获得越来越广泛 1 4 浙江大学硕士学位论文 提花纹织计算机辅助系统 的应用1 2 9 1 1 3 0 1 。 c a m 技术也是伴随着c a d 技术出现和发展的，c a d c a m 发展的历史至今 已有3 0 余年，从1 9 6 5 年洛克希德( l o c k h e e d ) 公司研制c a d c a m 系统开始， c a d c a m 技术得到了迅猛地发展。随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完 善，c a d c a m 技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到了广泛的应 用。c a d c a m 技术使产品的设计制造和组织生产的传统模式产生了深刻的变 革，成为产品更新换